Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học hữu cơ (chi tiết, có lời giải)

Bài viết Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học hữu cơ với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học hữu cơ.

Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học hữu cơ (chi tiết, có lời giải)

Phương pháp giải

Các dạng bài thường gặp:

+ Bài toán cracking alkane:

alkane X Hỗn hợp Y

Bảo toàn nguyên tố C, H:

n_C(X) = n_C(Y)

n_H(X) = n_H(Y)

+ Bài toán liên quan đến phản ứng cộng:

n_{C trước}C trước = n_{C sau}

+ Đốt cháy hợp chất hữu cơ

Bảo toàn nguyên tố C, O, N, H:

n_C = n_CO2

n_H = 2n_H2O

n_N = 2 n_N2

n_{O( CxHyOzNt)} = 2n_CO2 + n_H2O – 2n_O2

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hỗn hợp khí A gồm 4 hydrocarbon thuộc các dãy dãy đồng đẳng khác nhau A1 A2, A3, A4 và hỗn hợp khí B gồm O₂ và O₃ có tỉ khối so với He bằng 9,5. Trộn A với B theo tỉ lệ thể tích VA : VB = 1,5 :3,2 rồi đốt cháy hỗn hợp thu được, sau phản ứng chỉ có CO₂ và H₂O với tỉ lệ thể tích tương ứng là 1,3 :1,2. Tỉ khối của hỗn hợp khí A so với He là:

A.6.

B.5.

C.7.

D.8

Giải:

Với bài toán cho tỉ lệ thể tích, số mol như vậy thì đầu tiên ta sẽ dùng phương pháp tự chọn lượng chất để giải cho đơn giản:

+ Chọn n_A =1,5 mol; n_B = 3,2 mol

+ Bảo toàn nguyên tố O:

⇒ Đáp án A

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm C₃H₆, C₄H₁₀, C₂H₂ và H2. Cho m gam X vào bình kín có chứa một ít Ni làm xúc tác. Nung bình được hỗn hợp Y. Đốt cháy hoàn toàn Y cần V lít O₂ (đktc), sản phẩm hấp thụ vào bình đựng nước vôi trong dư thu được dung dịch có khối lượng giảm 21,45 gam. Nếu Y đi qua bình đựng lượng dư dung dịch brom trong CCl₄ thì có 24 gam brom phản ứng. Mặt khác, 11,2 lít hỗn hợp X đi qua bình đựng dung dịch brom dư trong CCl₄ thấy có 64 gam brom phản ứng. Tìm V?

Giải:

Theo giả thiết, Y phản ứng được với dung dịch brom trong CCl₄. Do đó trong Y còn hydrocarbon không no và H2 phản ứng hết.

Ta có sơ đồ sau:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho C ta có:

Nhân 2 vế của (1) với 4 rồi trừ đi (3) ta được:

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn m gam một amin đơn chứ X bằng lượng không khí vừa đủ thu được 1,76g CO₂; 1,26g H₂O và V lít N₂ (đktc). Gỉa thiết không khí chỉ gồm N₂ và O₂ trong đó oxi chiếm 20% về thể tích. Công thức phân tử của X và thể tích V lần lượt là:

A. X là C₂H₅NH₂; V = 6,72 lít

B. X là C₃H₇NH₂; V = 6,944 lít

C. X là C₃H₇NH₂; V = 6,72 lít

D. X là C₂H₅NH₂; V= 6,944 lít

Giải:

Ví dụ 4: Tiến hành cracking ở nhiệt độ cao 5,8g Butan. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí X gồm: CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₃H₆, C₄H₁₀. Đốt cháy hoàn toàn X trogn khí oxi dư, rồi dẫn toàn bộ sản phẩm sinh ra qua bình đựng H₂SO₄ đặc. Độ tăng khối lượng của bình H₂SO₄ đặc là:

A. 9,0g

B. 4,5g

C. 18,0g

D. 13,5g

Giải:

n_C4H10 = 0,1 mol

Khối lượng bình đựng H₂SO₄ đặc tăng chính là khối lượng H₂O bị hấp thụ

Bảo toàn nguyên tố H:

⇒ Đáp án A

Ví dụ 5: Thủy phân hết m gam tetrapeptide Ala-Ala-Ala-Ala (mạch hở) thu được hỗn hợp gồm 5,696 gam Ala, 6,4 gam Ala-Ala và 5,544 gam Ala-Ala-Ala. Giá trị của m là

A. 13,288.

B. 18,12.

C. 22,348.

D. 16,308.

Giải:

n_Ala = 0,064 ; n_Ala-Ala = 0,04; n_Ala-Ala-Ala = 0,024

Áp dụng sự bảo toàn nhóm Ala ta có:

⇒ m = 0,054.302 = 16,308

⇒ Đáp án D

Bài tập tự luyện

Bài 1: Hỗn hợp X gồm: HCHO, CH₃COOH, HCOOCH₃ và CH₃CH(OH)COOH. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X cần V lít O₂ (đktc), sau phản ứng thu được CO₂ và H₂O. Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào bình đựng nước vôi trong dư, thấy khối lượng bình tăng 15,5 gam. Vậy giá trị của V tương ứng là:

A. 8,40 lít

B. 5,60 lít.

C. 3,92 lít.

D. 4,20 lít.

Lời giải:

Các chất trong hỗn hợp X đều có công thức phân tử dạng C_nH_2nO_n với n ∈[1;3]

Do đó khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X thu được

Vậy V = 0,25.22,4 = 5,6 (lít)

⇒ Đáp án B

Bài 2: Hợp chất X có công thức C₂H₇NO₂ có phản ứng tráng gương, khi phản ứng với dung dịch NaOH loãng tạo ra dung dịch Y và khí Z, khi cho Z tác dụng với dung dịch hỗn hợp gồm NaNO₂ và HCl tạo ra khí P. Cho 11,55 gam X tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, cô cạn dung dịch thu được số gam chất rắn khan là

A. 14,32 g.

B. 8,75 g.

C. 9,52 g.

D. 10,2 g

Lời giải:

Khi cho Z tác dụng với dung dịch hỗn hợp gồm NaNO₂ và HCl tạo ra khí P nên Z là amin bậc 1.

X lại có phản ứng tráng gương nên X phải là muối của formic acid.

Vậy X là HCOOH₃NCH₃.

HCOOH₃NCH₃ + NaOH → HCOONa + CH₃NH2

⇒ m = 10,2 (g)

⇒ Đáp án D

Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn 12,88 gam hỗn hợp gồm một axit no đơn chức và một ancol no đơn chức được 0,54 mol CO₂ và 0,64 mol H₂O. Thực hiện phản ứng ester hóa hoàn toàn lượng hỗn hợp trên thì thu được m (g) ester. Giá trị của m là

A. 8,82g.

B. 10,20 g.

C. 12,30 g.

D. 11,08 g.

Lời giải:

Khi đốt cháy axit no đơn chức và ancol no đơn chức lần lượt có n_CO2 = n_H2O và n_H2O - n_CO2 = n_ancol

nên trong hỗn hợp có n_ancol = n_H2O - n_CO2 = 0,1

Ta có khối lượng của ancol và axit ban đầu là: 12,88 = m_C+m_H +m_O

Vì mỗi nguyên tử ancol có 1 nguyên tử O, mỗi nguyên tử axit có 2 nguyên tử O nên khối lượng O trong axit là:

⇒ m = 10,2 (g)

Gọi số C của axit và ancol là a, b.

Ta có: 0,11a + 0,1b = 0,54 ⇒ 1,1a + b = 5,4

Do a, b nguyên nên ta dễ dàng suy ra

a = 4; b =1 ⇒ C₃H₇COOH; CH₃OH

Thực hiện phản ứng ester hóa thì ancol hết, axit dư.

Vậy

⇒ Đáp án B

Bài 4: Thủy phân m gam pentapeptit A có công thức Gly-Gly-Gly-Gly-Gly thu được hỗn hợp B gồm 3 gam Gly; 0,792 gam Gly-Gly; 1,701 gam Gly-Gly-Gly; 0,738 gam Gly-Gly-Gly-Gly; và 0,303 gam Gly-Gly-Gly-Gly-Gly. Giá trị của m là

A. 5,8345 g.

B. 6,672 g.

C. 5,8176 g.

D. 8,5450 g

Lời giải:

n_Gly=0,04 (mol); n_Gly-Gly=0,006 (mol);

n_Gly-Gly-Gly=0,009 (mo1); n_{Gly-Gly-Gly-Gly}=0,003(mol); n_{Gly-Gly-Gly-Gly-Gly}=0,001 (mol) .

Bảo toàn gốc axit Gly ta có tổng n_Gly=0,096 (mol)

Vậy số mol peptit ban đầu là:

n_{Gly-Gly-Gly-Gly-Gly}= (tổng n_Gly)/5=0,0192(mol)

⇒m = 5,8176(g)

⇒ Đáp án C

Bài 5: Hỗn hợp X chứa muối natri của 2 carboxylic acid đơn chức là đồng đẳng kế tiếp. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X sản phẩm thu được gồm H₂O, Na2CO3 và CO₂ trong đó số mol CO₂ đúng bằng số mol X phản ứng. Công thức cấu tạo thu gọn của 2 muối trong X là

A. CH₃COONa và C₂H₅COONa.

B. C₂H₅COONa và C₃H₇COONa.

C. C₂H₃COONa và C₃H₅COONa.

D. CH₃COONa và HCOONa.

Lời giải:

Gọi n_X = a . Vì 2 muối đều có 1 nguyên tử Na trong phân tử, bảo toàn nguyên tố Na ta có:

⇒ m = 10,2 (g)

⇒ Đáp án D

Bài 6: ester X (có khối lượng phân tử bằng 103 amu) được điều chế từ một ancol đơn chức (có tỉ khối hơi so với oxi lớn hơn 1) và một amino acid. Cho 25,75 gam X phản ứng hết với 300 ml dung dịch NaOH 1M, thu được dung dịch Y. Cô cạn Y thu được m gam chất rắn. Giá trị m là

A. 29,75.

B. 24,25.

C. 27,75.

D. 26,25.

Lời giải:

X có công thức phân tử là C₄H₉O₂N. Vì X được điều chế từ ancol đơn chức có khối lượng mol lớn hơn 32 nên X có cấu tạo H₂NCH₂COOC₂H₅

⇒ m = 10,2 (g)

⇒ m = 26,25 (gam)

⇒ Đáp án D

Bài 7: : Đun nóng hỗn họp hai ancol đơn chức, mạch hở với H₂SO₄ đặc, thu được hỗn hợp gồm các ete. Lấy 3,6 gam một trong các ete đó đem đốt cháy hoàn toàn, thu được 4,48 lít khí CO₂ (ở đktc) và 3,6 gam H₂O. Hai ancol đó là

A. CH₃OH và C₃H₇OH.

B. C₂H₅OH và CH₂=CH-CH₂-OH.

C. CH₃OH và CH₂=CH-CH₂-OH.

D. C₂H₅OH và CH₃OH.

Lời giải:

⇒ m = 10,2 (g)

Do đó ete có công thức cấu tạo:

CH₃ - O - CH₂CH = CH₂.

Vậy 2 ancol đó là CH₃OH và CH₂ = CHCH₂OH

⇒ Đáp án C

Bài 8: Đốt cháy hoàn toàn 24,8 gam hỗn hợp X gồm (acetylene, etan và propilen) thu được 1,6 mol nước. Mặt khác 0,5 mol X tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 0,645 mol Br₂. Phần trăm thể tích của etan trong hỗn hợp X là

A. 5,0%.

B. 3,33%.

C. 4,0 %.

D. 2,5%.

Lời giải:

Gọi x, y, z lần lượt là số mol của C₂H₂, C₂H₆, C₃H₆ trong 24,8 gam X. Ta có:

⇒ m = 10,2 (g)

x + y + z mol hỗn hợp X tác dụng được với 2x + z mol Br₂

0,5 mol hỗn hợp X tác dụng được với 0,645 mol Br₂

⇒ m = 10,2 (g)

Vậy ⇒ Đáp án A

Bài 9: Xà phòng hóa hoàn toàn 1 kg chất béo có chỉ số axit bằng 2,8 người ta cần dùng 350 ml KOH 1M. Khối lượng glycerol thu được là

A. 16,1 g.

B. 32,2g.

C. 9,2 g.

D. 18,4 g.

Lời giải:

Vì chỉ số axit là 2,8 nên để trung hòa axit trong 1g chất béo cần 2,8mg KOH.

Do đó trung hòa axit trong 1kg chất béo cần 2,8g KOH

⇒ m = 10,2 (g)

Bài 10: Cho hỗn hợp khí X gồm HCHO, C₂H₂ và H2 đi qua ống sứ đựng bột Ni nung nóng. Sau một thời gian thu được hỗn hợp Y (gồm khí và hơi). Đốt cháy hoàn toàn Y cần dùng vừa đủ 0,07 mol O₂, sinh ra 0,055 mol CO₂ và 0,81 gam H₂O. Phần trăm thể tích của HCHO trong X là

A. 25,00%.

B. 75,00%.

C. 66,67%%.

D. 33,33%.

Lời giải:

Đốt cháy Y cũng tương tự như đốt cháy X

Bảo toàn nguyên tố O ta có:

⇒ m = 10,2 (g)

⇒ Đáp án D

Xem thêm các phương pháp giải nhanh bài tập Hóa học hay khác:

• Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học cực hay, có lời giải
• Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học vô cơ hay, chi tiết, có lời giải

---